Storia del calcolatore Progetto Docente di Enzo Galatà

Cenni Storici Fin dall'antichità gli uomini hanno sempre cercato di rendere meno laboriosi i calcoli. Il desiderio di rendere più veloce e più possibile automatico il calcolo è probabilmente antico come l'uomo. Anche se il calcolatore non si può considerare semplicemente una macchina di calcolo, senz'altro è il prodotto più recente e più clamoroso delle ricerche nate da questo desiderio.

Nell'VIII secolo a.C. fu inventato in Cina il primo pallottoliere. Presso i Romani era diffuso l'abaco. Strumento di calcolo formato da un telaietto su cui scorrono alcune file di palline che denotano le unità, le decine, le centinaia, le migliaia. Abaco

Per giungere a qualcosa di nuovo bisogna aspettare fino al 1600, quando il matematico scozzese John Napier inventa il regolo calcolatore. Strumento costituito da stecche di avorio su cui erano incise opportune serie di numeri. Facendo scorrere le stecche una sull'altra era possibile eseguire moltiplicazioni e divisioni. Come funziona un computer un computer raccoglie, elabora, memorizza e produce informazioni. Dispositivi di input I dispositivi di input permettono di comunicare con il computer, in quanto supportano l'immissione di dati e di comandi. Tastiera, mouse e joystick sono tipici dispositivi di input.   Dispositivi di elaborazione L'unità centrale di elaborazione (CPU) è il componente principale del computer; ha il compito di eseguire i comandi, fare i calcoli, e gestire il flusso dei dati tra i vari componenti del sistema. La CPU comunica con i dispositivi di input, di output e di memorizzazione per svolgere le sue funzioni. Dispositivi di memorizzazione I dispositivi di memorizzazione conservano i dati che il computer usa per svolgere varie operazioni. Drive per dischi rigidi e dischetti, lettori di CD-ROM e drive a nastro sono esempi di dispositivi di memorizzazione. Dispositivi di output I dispositivi di output permettono al computer di comunicare con l'utente, per esempio visulaizzando i dati su un monitor o generando dei suoni. Dispositivi di output sono per esempio il monitor, la stampante e gli altoparlanti. Regolo calcolatore

La prima vera calcolatrice (che prese il nome di "pascalina") fu inventata da Blaise Pascal nel 1642. La pascalina, poteva eseguire solamente l'addizione e la sottrazione. La pascalina

Guglielmo Leibniz (nel 1971) ideò una macchina che eseguiva anche la moltiplicazione e la divisione. La macchina di Leibniz

Il grosso ostacolo al progresso nell'automazione del calcolo era insito nella tecnica di produzione dell'epoca, incapace di realizzare meccanismi così precisi come quelli richiesti dai progetti, e soprattutto di produrli su larga scala. Le prime macchine calcolatrici prodotte in serie comparvero agli inizi del 1800 dopo la rivoluzione industriale. Ma è solo nel 1801 che si assistette ad una svolta decisiva, grazie al francese Joseph Jacquard che realizzò un telaio da tessitura controllato da schede perforate, sulle quali era memorizzato il programma di funzionamento della macchina stessa. Il telaio Jacquard

Sfruttando questa idea, l'inglese Charles Babbage ideò una macchina analitica (macchina di Babbage) che si può considerare il primo esempio di calcolatore. Esso adottava schede perforate per introdurre dati ed istruzioni ed era fornito di una memoria in grado di immagazzinare fino a 1000 cifre. La macchina analitica di C. Babbage

Verso la fine del 1800, negli Stati Uniti si presentò un problema molto concreto e urgente: l'elaborazione dei dati del censimento americano del 1890. Uno studioso di statistica, Herman Hollerith adattò la scheda perforata a questo scopo, registrando su ogni scheda i dati di un cittadino e realizzando una macchina in grado di contarli. La società fondata da questo brillante individuo si chiamò, e si chiama tuttora, IBM (International Business Machine). Macchina di Hollerith

Il primo vero calcolatore elettro-meccanico fu il MARK 1, messo a punto nel 1944 da un gruppo di ricercatori dell'università americana di Harvard. Con l'avvento delle valvole elettroniche si costruì l'ENIAC (Elettronic Numerical Integrator and Calculator) e nel 1951 si realizzò l'UNIVAC 1 (UNIVersal Automatic Computer).

L'UNIVAC fu il primo calcolatore elettronico in grado di conservare il programma all'interno della memoria (grazie ad un'importante innovazione dovuta al matematico John Von Neumann). UNIVAC

Gli elaboratori a partire dagli anni '50 vengono suddivisi in "generazioni", basandosi essenzialmente sull'evoluzione della tecnologia impiegata. Lo scanner Lo scanner è un dispositivo per l'acquisizione di testo e grafica. Per eseguire una scansione:   1. Apri lo sportello dello scanner 2. Disponi sul piano l’immagine da “scannare” 3. Avvia il programma di acquisizione da scanner 4. Salva il file come immagine Scansione della grafica: È possibile acquisire al computer disegni, fotografie e logo e usarli all'interno di documenti, come per esempio relazioni e promemoria. La maggior parte degli scanner allega il software per l'elaborazione delle immagini che permette la modifica della grafica acquisita. Scansione del testo: Si può acquisire al computer del testo per preparare velocemente un documento. Per esempio si posso scansire articoli di particolare interesse e poi distribuirli via e-mail, oppure scansire documenti e memorizzarli su disco rigido per accedervi più velocemente. Molti scanner allegano L'OCR (software per il riconoscimento ottico dei caratteri). L’OCR trasforma il testo scansito in un documento che può essere modificato con un elaboratore di testi. Scanner manuali: Si tratta del tipo di scanner meno costoso. Uno scanner manuale ha una larghezza approssimativa di 10 cm ed è indicato per l'acquisizione di piccole immagini, come per esempio firme, logo e fotografie. Scanner piani: Lo scanner piano è il tipo più costoso e più versatile. È l'ideale quando occorre effettuare la scansione delle pagine di un libro senza strapparle. Scanner a foglio singolo: Questo tipo di scanner assicura risultati migliori rispetto allo scanner manuale ed è meno costoso e più compatto di uno scanner piano. Questo scanner può eseguire la scansione di un singolo foglio alla volta. Difficile è la scansione della pagina di un libro molto spesso: in questo caso consigliamo di inserire nello scanner la pagina fotocopiata.

Generazioni di calcolatori elettronici La prima generazione è basata sulla tecnologia dei tubi a vuoto (valvole). Nel 1951 si costruisce l'Univac1, dotato di memoria a mercurio e nastri magnetici che consentivano di elaborare 30.000 informazioni al minuto.

La seconda generazione, comparsa nel 1959, è basata sui transistor che sostituiscono le ingombranti e dispendiose valvole. Le memorie di questi calcolatori sono costituite da nuclei di ferrite, le cui dimensioni si riducono fino al diametro di pochi decimillimetri. La velocità di calcolo raggiunge le 210.000 addizioni al secondo.

La terza generazione è costituita da circuiti integrati (chip) che sostituiscono il transistor, ed appare a partire dal 1964. Le memorie a nuclei sono affiancate da quelle a bolle magnetiche (minore ingombro, maggiore velocità e sicurezza di funzionamento. La quarta generazione di calcolatori è nata con la realizzazione del microprocessore, cioè dell'Unità Centrale (CPU) ottenuta su un unico circuito integrato. È iniziata nel 1971 con l'invenzione del microprocessore a 4 bit (4004) ad opera di Enrico Faggin della Intel e prosegue tuttora.

Le diverse tipologie di computer apparse dal 1971 ad oggi sono il risultato di un'evoluzione nelle tecniche di realizzazione dei circuiti integrati e di aumento della densità circuitale, il cui massimo valore si indica con il termine di livello di integrazione. Nell'evoluzione dei livelli di integrazione si è passati dalla SSI (Small Scale Integration) alla MSI (Medium Scale Integration), LSI (Large Scale Integration) ed infine alla VLSI (Very Large Scale Integration). La tecnologia VLSI ha consentito di realizzare microprocessori a basso costo e memorie di grande capacità su un unico chip.

La quarta generazione di computer è organizzata secondo lo schema della macchina di Von Neumann. Si stanno studiando soluzioni alternative a questa tradizionale architettura SISD (Single Instruction stream Single Data stream) che opera in modo sostanzialmente sequenziale, con un'unità aritmetico-logica che elabora i dati secondo le istruzioni di una unità di controllo e disponendo di una memoria. L'avvenimento di maggior rilievo di questa generazione è la diffusione del personal computer, che ha favorito quella che da molti scienziati è stata definita rivoluzione informatica.

La quinta generazione di computer si baserà su architetture parallele. A partire dagli anni '70 sono stati sviluppati due tipi di organizzazione che consentono di operare a diversi livelli di parallelismo. Il primo tipo, detto SIMD (Single Instruction stream Multiple Data stream); è costituito da unità di calcolo, ciascuna dotata di una propria memoria, che funzionano ricevendo istruzioni da una singola unità di controllo.

Il secondo tipo, detto MIMD (Multiple Instruction stream Multiple Data stream); è stato sviluppato a partire dalla seconda metà degli anni '80. È costituito da più unità di calcolo, che funzionano ricevendo istruzioni dalla propria unità di controllo. Ciascuna unità di elaborazione accede a una memoria individuale condivisibile dalle altre unità.